Transport properties optimization of MgB2 superconductors with the addition of compounds with AlB2-type crystalline structure and different carbon sources

Em Janeiro de 2001, um supercondutor totalmente novo foi apresentado por Nagamatsu, o diboreto de magnésio (MgB2), com uma temperatura crítica, Tc, surpreendentemente alta de 39 K. Atualmente, o MgB2 é considerado o condutor de alto campo do futuro. É claramente aceito que os valores excepcionais de altos campos magnético crítico superior, Hc2, (Hc2 + (0) ? 40 T para Tc ? 35 - 40 K) mostram que o MgB2 é capaz de substituir o Nb3Sn (Hc2 (0) ? 30 T para Tc ? 18 K) como a escolha para aplicações de altos campos magnéticos. Neste trabalho foram preparadas pastilhas supercondutoras de MgB2 utilizando adições de diboretos metálicos de ZrB2, TaB2, VB2 e AlB2 e adições simultâneas de diboretos metálicos e fontes diversas de carbono, como carbeto de silício, grafite e nanotubos de carbono. O objetivo da adição desses novos elementos foi criar mecanismos para melhorar a capacidade de transporte do material, tanto pela dopagem substitucional como pela geração de defeitos na matriz supercondutora, atuando como eficientes centros de aprisionamento das linhas de fluxo magnético. Para isso foram utilizados dois diferentes métodos de preparação de amostras, insitu e ex-situ. O método de preparação in-situ seguiu padrões convencionais, como mistura em moinho de bola e tratamento térmico em fluxo de argônio. Para a preparação das amostras utilizando-se o método ex-situ foram utilizadas técnicas mais sofisticadas, como moagem de alta energia e tratamento térmico em altas pressões (Hot Isostatic Press, HIP). Em geral, as adições dos diboretos metálicos melhoraram a capacidade de transporte do material em baixos campos, as fontes de carbono aumentaram os valores de densidade de corrente crítica em altos campos magnéticos, enquanto que as combinações das duas adições melhoram a capacidade de transporte, para algumas amostras, em toda a faixa de campo magnético medida.In January 2001, a new superconductor was presented by Nagamatsu, the magnesium diboride (MgB2), with a critical temperature, Tc, extremely high of 39 K. MgB2 is considered the high field conductor of the future. The exceptional high values of upper critical magnetic field, Hc2, (Hc2 + (0) ? 40 T for Tc ? 35 - 40 K) show that the MgB2 is able to replace the Nb3Sn (Hc2 (0) ? 30 T for Tc ? 18 K) as the choice for applications in high magnetic fields. In this work, superconducting pellets of MgB2 were prepared with addition of other metal diborides of ZrB2, TaB2, VB2, and AlB2, and simultaneous additions of metal diborides and different carbon sources, such as silicon carbide, graphite and carbon nanotubes. The objective of these additions of new elements was to create mechanisms to improve the transport capacity of the material, by substitutional doping and by generation of defects in the superconducting matrix, acting as effective pinning centers of magnetic flux lines. Two different methods for sample preparation were used, the in-situ and the ex-situ method. The in-situ preparation method followed conventional standards, such as powder mixing in a ball mill and heat treatment in argon flow. The ex-situ preparation method used more sophisticated techniques, such as high energy ball milling and heat treatment under high pressures (Hot Isostatic Press, HIP). In general, the additions of metal diborides improved the transport capacity of the material at low fields, the carbon sources increased the critical current density at high magnetic fields, whereas the combination of these two additions improved the transport capacity, for some samples, in all range of applied magnetic field